考虑调相机协调作用和系统滤波要求的特高压直流换流站动态无功优化方法技术方案

本发明专利技术公开了考虑调相机协调作用和系统滤波要求的特高压直流换流站动态无功优化方法，主要步骤为：1)建立特高压直流换流站动态无功优化模型M。2)利用动态无功优化的混合求解算法，计算特高压直流换流站动态无功优化模型M，从而对特高压直流换流站进行优化。本发明专利技术根据直流传输功率计划及系统动态无功备用需求，以调相机剩余容量参与换流站稳态无功电压调节，同时兼顾调相机具有较高的上、下调节裕度，从而实现调相机和直流系统的协调配合，充分发挥调相机的性能。

Dynamic Reactive Power Optimization Method for UHVDC Converter Station Considering Coordination of Phase Modulator and System Filtering Requirements

The invention discloses a dynamic reactive power optimization method for UHVDC converter station considering the coordination effect of the phase modulator and the requirement of system filtering. The main steps are as follows: 1) Establishing a dynamic reactive power optimization model M for UHVDC converter station. 2) The hybrid algorithm of dynamic reactive power optimization is used to calculate the dynamic reactive power optimization model M of UHVDC converter station, so as to optimize UHVDC converter station. According to the DC transmission power plan and the dynamic reactive power reserve requirement of the system, the method participates in the steady-state reactive power and voltage regulation of the converter station with the remaining capacity of the phase modulator, and takes into account that the phase modulator has a higher upper and lower adjustment margin, so as to realize the coordination between the phase modulator and the DC system and give full play to the performance of the phase modulator.

【技术实现步骤摘要】
考虑调相机协调作用和系统滤波要求的特高压直流换流站动态无功优化方法
本专利技术涉及换流站优化领域，具体是考虑调相机协调作用和系统滤波要求的特高压直流换流站动态无功优化方法。
技术介绍
直流换流站在输送有功功率的同时伴随大量的无功消耗，通常情况下通过装设交流滤波器和并联电容器满足自身平衡的需要，而直流系统依靠换流母线交流电压换相，减少换流母线电压大幅度变化对于防止直流系统发生换相失败具有重要意义。随着特高压直流输电系统的大量并网，电网“强直弱交”问题凸显，国家电网公司规划建设47台大型调相机以重点解决大量直流工程并网带来的电压稳定问题，然而当前已投运的调相机主要为系统提供故障后的动态无功支撑，稳态无功补偿作用退居其次，同时，调相机和直流输电系统具有各自的控制方式和控制目标，两个系统相互独立，尚未实现有效的协调配合。另一方面，在电力市场环境下，直流传输功率的频繁变化也会加剧换流站静态无功补偿装置、换流变压器等离散控制设备的动作次数。动态无功优化方法在实现发电机(调相机)无功功率、有载调压变压器分接头档位和容抗器组开关协调配合，减少离散设备动作次数方面发挥重要作用。然而现有研究集中在交直流混联系统无功优化方面，以包含发电厂、交流变电站及直流换流站的输、配电网为对象，其优化计算需要全网节点的源荷功率信息，从而实现全网发电机(调相机)无功功率、有载调压变压器分接头和容抗器组开关的协调配合，却并不适用于单一换流站与调相机的局部优化需求；同时，上述研究没有考虑换流站的滤波要求，优化结果可能不符合交流滤波器的投切要求。因此，有必要研究一种新的特高压直流换流站动态无功优化模型，考虑调相机与直流输电系统的协调配合以及系统的滤波要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术中存在的问题。为实现本专利技术目的而采用的技术方案是这样的，考虑调相机协调作用和系统滤波要求的特高压直流换流站动态无功优化方法，主要包括以下步骤：1)建立特高压直流换流站动态无功优化模型M。建立特高压直流换流站动态无功优化模型的主要步骤如下：1.1)设置优化目标函数minf，即：式中，分别表示时段t直流系统换流变压器分接头档位数、投入交流滤波器组数和投入高压并联电容器组数。分别表示时段t调相机无功出力和调相机无功出力的理想值。分别表示时段t换流母线电压幅值和换流母线电压幅值控制目标。a1为直流系统换流变压器分接头档位动作次数目标的权重系数。a2为交流滤波器组开关动作次数目标的权重系数。a3为高压并联电容器组开关动作次数目标的权重系数。a4为调相机无功出力与其理想值偏差目标的权重系数。a5为换流母线电压幅值与其理想控制值偏差目标的权重系数。n＝96。其中，时段t调相机无功出力理想值如下所示：式中，和分别表示时段t调相机允许稳态无功出力上限和下限。1.2)设置约束条件，主要包括交直流系统潮流方程约束、换流器特性方程约束、换流站与交流系统耦合状态变量约束、换流站控制变量约束、系统滤波要求约束和调相机动态无功储备约束。1.2.1)交直流系统潮流方程约束如公式3和公式4所示。有功功率约束如下所示：式中，分别表示与节点i相连的发电机和/或调相机、负荷、换流器在时段t的有功功率。当换流器为整流器时，sPi＝1。当换流器为逆变器时，sPi＝-1。当节点i为纯交流节点时，sPi＝0。SSLACK表示平衡节点的集合。Pit为节点i在时段t的有功注入功率方程。无功功率约束如下所示：式中，分别表示与节点i相连的发电机和/或调相机、静态无功补偿装置、负荷、换流器在时段t的无功功率。当节点i与换流站相连时sQi＝1，否则sQi＝0。SPQ表示PQ节点的集合。为节点i在时段t的无功注入功率方程。1.2.2)换流器特性方程约束如公式5至公式7所示。式中，分别表示时段t的极对地直流电压、直流电流。分别表示时段t的换流变压器变比、换流器触发角，其中，整流站是触发角，逆变站是关断角。Xc表示换相电抗。kb表示每一极6脉动换流器数。kdTN表示换流变压器阀侧相对于网侧的额定变比。式中，表示换流站在时段t总的视在功率。kp表示换流站运行极数。η表示计及换相重叠现象引入的系数。T为周期。式中，和分别表示换流站在时段t有功传输功率和无功功率。1.2.3)换流站与交流系统耦合状态变量约束如公式8至公式9所示。换流母线电压幅值约束如下所示：式中，UH,max和UH,min分别表示换流母线电压幅值上限和下限。系统无功交换约束如下所示：式中，Qexc,max和Qexc,min分别表示系统无功交换上限和下限。其中，时段t系统无功交换如下所示：式中，表示时段t换流站交流滤波器/并联电容器无功补偿容量。下标f、c分别表示交流滤波器和并联电容器，以(·)统一表示。UN(·)、QN(·)分别表示交流滤波器或并联电容器额定电压与单组额定容量。时段t换流站交流滤波器/并联电容器无功补偿容量如下所示：式中，下标f、c分别表示交流滤波器和并联电容器，以(·)统一表示；UN(·)和QN(·)分别表示换流站交流电压交流滤波器和并联电容器额定电压和单组额定容量。1.2.4)换流站控制变量约束如公式12至17所示。换流站离散控制变量包括换流变压器分接头档位、交流滤波器组开关和并联电容器组开关。换流站连续控制变量包括调相机无功和换流器控制角。式中，和分别表示调相机最大滞相和进相能力。上式表示换流器控制角余弦值的不等式约束，这是由于正常运行时，送、受端换流站控制角稳定在一定运行范围内，且对于受端换流站，为了防止换向失败，配置有最小关断角控制等策略，故将其统一表示为关于的不等式约束。式中，TapdT,max和TapdT,min分别表示换流变压器分接头档位数的上限和下限。式中，Nf，max为投入交流滤波器组数上限。换流变压器变比如下所示：式中，ΔU表示换流变压器分接头档位调压步长。1.2.5)系统滤波要求约束如公式18和公式19所示。式中，表示时段t投入的最小滤波器组数。表明时段t因系统滤波要求投入的最小滤波器组数，也即关于直流传输功率的函数。换流站参与无功补偿并联电容器的组数如下所示：式中，Nc,max为投入高压并联电容器组数上限。1.2.6)调相机动态无功储备约束如下所示：其中，调相机稳态无功出力上限和下限分别如下所示：式中，systemACt为时段t交流系统运行状态，上式表示调相机允许稳态无功出力范围与直流传输功率、交流系统运行状态等因素密切相关。1.3)基于交直流系统潮流方程约束、换流器特性方程约束、换流站与交流系统耦合状态变量约束、换流站控制变量约束、系统滤波要求约束/调相机动态无功储备约束和目标函数minf，建立特高压直流换流站动态无功优化模型M。2)利用动态无功优化的混合求解算法，计算特高压直流换流站动态无功优化模型M，从而对特高压直流换流站进行优化。计算特高压直流换流站动态无功优化模型M的主要步骤如下：2.1)利用公式22，对特高压直流换流站动态无功优化模型M目标函数1中的绝对值目标进行等价变换，转换为含有平衡方程的非线性混合整数规划模型M'式中，Xt统一表示时段t换流变压器分接头档位交流滤波器组数或并联电容器组数统一表示换流变压器/交流滤波器/并联电容器引入的辅助变量。2.2)利用公式23，对特高压直流换流站动态无功优本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.考虑调相机协调作用和系统滤波要求的特高压直流换流站动态无功优化方法，其特征在于，主要包括以下步骤：1)建立所述特高压直流换流站动态无功优化模型M。2)利用动态无功优化的混合求解算法，计算特高压直流换流站动态无功优化模型M，从而对特高压直流换流站进行优化。

【技术特征摘要】
1.考虑调相机协调作用和系统滤波要求的特高压直流换流站动态无功优化方法，其特征在于，主要包括以下步骤：1)建立所述特高压直流换流站动态无功优化模型M。2)利用动态无功优化的混合求解算法，计算特高压直流换流站动态无功优化模型M，从而对特高压直流换流站进行优化。2.根据权利要求1所述的考虑调相机协调作用和系统滤波要求的特高压直流换流站动态无功优化方法，其特征在于，建立特高压直流换流站动态无功优化模型的主要步骤如下：1)设置优化目标函数minf，即：式中，分别表示时段t直流系统换流变压器分接头档位数、投入交流滤波器组数和投入高压并联电容器组数；分别表示时段t调相机无功出力和调相机无功出力的理想值；分别表示时段t换流母线电压幅值和换流母线电压幅值控制目标；a1为直流系统换流变压器分接头档位动作次数目标的权重系数；a2为交流滤波器组开关动作次数目标的权重系数；a3为高压并联电容器组开关动作次数目标的权重系数；a4为调相机无功出力与调相机无功出力理想值偏差目标的权重系数；a5为换流母线电压幅值与换流母线电压幅值理想控制值偏差目标的权重系数；其中，时段t调相机无功出力理想值如下所示：式中，和分别表示时段t调相机允许稳态无功出力上限和下限；2)设置约束条件，主要包括交直流系统潮流方程约束、换流器特性方程约束、换流站与交流系统耦合状态变量约束、换流站控制变量约束、系统滤波要求约束和调相机动态无功储备约束；3)基于交直流系统潮流方程约束、换流器特性方程约束、换流站与交流系统耦合状态变量约束、换流站控制变量约束、系统滤波要求约束、调相机动态无功储备约束和目标函数minf，建立特高压直流换流站动态无功优化模型M。3.根据权利要求1或2所述的考虑调相机协调作用和系统滤波要求的特高压直流换流站动态无功优化方法，其特征在于，n＝96。4.根据权利要求2所述的考虑调相机协调作用和系统滤波要求的特高压直流换流站动态无功优化方法，其特征在于，交直流系统潮流方程约束如公式3和公式4所示；有功功率约束如下所示：式中，分别表示与节点i相连的发电机和/或调相机、负荷、换流器在时段t的有功功率；当换流器为整流器时，sPi＝1；当换流器为逆变器时，sPi＝-1；当节点i为纯交流节点时，sPi＝0；SSLACK表示平衡节点的集合；Pit为节点i在时段t的有功注入功率方程；无功功率约束如下所示：式中，分别表示与节点i相连的发电机和/或调相机、静态无功补偿装置、负荷、换流器在时段t的无功功率；当节点i与换流站相连时sQi＝1，否则sQi＝0；SPQ表示PQ节点的集合；为节点i在时段t的无功注入功率方程。5.根据权利要求2所述的考虑调相机协调作用和系统滤波要求的特高压直流换流站动态无功优化方法，其特征在于，换流器特性方程约束如公式5至公式7所示；式中，分别表示时段t的极对地直流电压、直流电流；分别表示时段t的换流变压器变比、换流器触发角；其中，整流站是触发角，逆变站是关断角；Xc表示换相电抗；kb表示每一极6脉动换流器数；kdTN表示换流变压器阀侧相对于网侧的额定变比；式中，表示换流站在时段t总的视在功率；kp表示换流站运行极数；η表示计及换相重叠现象引入的系数；T为周期；式中，和分别表示换流站在时段t有功传输功率和无功功率。6.根据权利要求2所述的考虑调相机协调作用和系统滤波要求的特高压直流换流站动态无功优化方法，其特征在于，换流站与交流系统耦合状态变量约束如公式8至公式9所示；换流母线电压幅值约束如下所示：式中，UH,max和UH,min分别表示换流母线电压幅值上限和下限；系统无功交换约束如下所示：式中，Qexc,max和Qexc,min分别表示系统无功交换上限和下限；其中，时段t系...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜伟，莫静山，钱威，田其生，肖繁，
申请(专利权)人：重庆大学，国家电网有限公司，国网湖北省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：重庆,50